JP4574432B2 - インクジェット記録装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置及びその製造方法に関する。

インクジェットプリンタのようなインクジェット記録装置には、インクを吐出するノズル及びノズルに連通した圧力室が形成されたインクジェットヘッドを有するものがある。このようなインクジェットヘッドにおいては、圧力室内のインクに圧力が加えられ、これによって、ノズルからインクが吐出する。

圧力室内のインクに圧力を加える手段として、特許文献１のように、圧電材料からなる圧電層を有する圧電アクチュエータが使用される場合がある。このような圧電アクチュエータは、圧力室と対向する位置にある個別電極と、圧電層における圧力室と対向する領域を個別電極と共に挟んだ共通電極とを有している。これらの電極は、１枚の圧電層を挟み込んでいる。個別電極と共通電極との間に電位差を生じさせることにより、これらの電極に挟まれた圧電層に電界が印加されると、圧電層が圧電効果により変形する。そして、圧電層が変形することにより、圧電アクチュエータにおける圧力室と対向する部位が圧力室内に突出する。これによって、圧力室内の容積が小さくなり、圧力室内のインクに圧力が加えられる。

上記のような圧電アクチュエータによるインク吐出においては、インクの吐出効率の向上のため、いわゆる引き打ち式が使用されることがある。引き打ち式とは、例えば、インク吐出に先立って、圧力室の容積を小さくするような電圧が個別電極と共通電極との間に印加される。インク吐出の際には、個別電極と共通電極との間に印加された電圧が一旦ゼロとされる。これにより、圧力室の容積は一時的に増大する。このとき、圧力室内に負圧の圧力波が発生する。そして、この圧力波が正圧の圧力波として圧力室の加圧位置に戻ってくるタイミングで、再び圧力室の容積を小さくするような電圧が個別電極と共通電極との間に印加される。これによって、圧力室に連通したノズルからインクが吐出される。このような例に見られるインク吐出の方式が引き打ち式である。

特開２００３−３０５８５２号公報（図９）

ところが、特許文献１に記載の圧電アクチュエータは、共通電極と圧力室との間にさらに圧電層を有している。そして、この圧電層は、個別電極及び共通電極によって挟まれた領域に対向する領域を含んでいる。このような構成を有する圧電アクチュエータによって、上記のような方法でインクを吐出させると、圧電層に圧電特性の変化が生じる場合がある。圧電層の特性変化は、以下のような状況で生じる。

上記のようなインクの吐出方法においては、ノズルからインクが吐出されない期間には、個別電極と共通電極との間を一定のゼロでない電圧に保持するような信号がそれぞれの電極に供給される。これによって、圧電層には一定の電界が発生する。すなわち、ノズルからインクが吐出されない期間中ずっと、圧電層における２枚の電極によって電界が印加された印加領域は、ある方向について収縮している。そして、インクの吐出動作のため、上記の吐出信号がある周期で電極に供給されると、印加領域においては、ある周期で収縮が解除されることとなる。

一方、特許文献１の圧電アクチュエータは、共通電極と圧力室との間に配置された圧電層における印加領域と対向した対向領域を有している。このような対向領域は、印加領域の変形によって、ノズルからインクが吐出されない期間中常に応力を受け続ける。ところが、上記のように印加領域の収縮はある周期で解除されるので、対向領域の応力もある周期で解除されることとなる。このような状況が長期間継続すると、対向領域が変形して元に戻らなくなる現象が生じる。逆に、対向領域の変形によって印加領域が応力を受けるため、印加領域の圧電特性が変化することとなる。対向領域から加えられる印加領域へのこのような応力により、圧電層に電界が印加されたときの圧電層の変形量が減少する。

従って、圧電アクチュエータが上記のような状況下で長期間使用されると、圧電層に圧電特性の変化が生じ、インクの吐出量及び吐出速度が低下することとなる。

本発明の目的は、長期間使用されてもインクの吐出量及び吐出速度が低下しにくいインクジェット記録装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のインクジェット記録装置は、インクを吐出するノズルと前記ノズルに連通した圧力室とを有する流路ユニット、及び、前記圧力室に対向する第１の圧電層と、前記第１の圧電層において前記圧力室に対向する領域を前記第１の圧電層の厚さ方向に挟む第１及び第２の電極と、前記第１の圧電層と前記圧力室との間に位置し且つ前記第１及び第２の電極によって挟まれた領域に対向するように前記第１の圧電層に積層された第２の圧電層と、前記第２の圧電層において前記第１及び第２の電極によって挟まれた領域に対向する領域を前記第２の圧電層の厚さ方向に前記第２の電極と共に挟む第３の電極とを有する圧電アクチュエータを含むインクジェットヘッドと、前記第１、第２及び第３の電極に信号を供給するアクチュエータ制御手段とを備えており、前記圧電アクチュエータは、前記第１の圧電層において前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた主活性領域に電界が印加されているときの前記圧力室の容積を、前記主活性領域に電界が印加されていないときの前記圧力室の容積よりも小さくするものであって、前記アクチュエータ制御手段は、前記インクジェットヘッドにインク吐出動作を行わせる際には、第１の電位に保持された第１の定電位信号を前記第２の電極に供給しつつ、少なくとも１回前記第１の電位とは異なる第２の電位から前記第２の電位よりも前記第１の電位に近い第３の電位を経て前記第２の電位に戻るような電圧パルス列信号を前記第１の電極に供給すると共に、前記第２の圧電層において前記第２の電極と前記第３の電極とに挟まれた積層活性領域に電界が印加されるような互いに電位が異なる第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給するというものである。

本発明のインクジェット記録装置によると、以下のような理由により、圧電層の圧電特性の変化が防止される。例えば、主活性領域に電界が印加された場合、この領域は面方向に縮む。これによって積層活性領域は圧電層の面方向（積層方向に交差する方向）に圧縮応力を受ける。このような圧縮応力がある周期で長期間印加されつづけた場合に、積層活性領域では、圧電層中の結晶配向において、ｃ軸配向度が増加する。このｃ軸配向度の増加により積層活性領域に微視的な構造変化が生じると、これに積層する主活性領域に圧縮応力を付与することとなる。その結果、この領域のｃ軸配向度が増加して、主活性領域の圧電特性が変化することになる。一方、本発明によると、あらかじめ積層活性領域のｃ軸配向度をある水準としておくことで、主活性領域の特性変化を抑えることができる。つまり、主活性領域の変形によって積層活性領域が圧縮応力を受けても、積層活性領域においてはすでにｃ軸配向度がある水準に達している。従って、積層活性領域におけるさらなるｃ軸配向度の増加が一定の範囲内に抑制される。その結果、主活性領域の特性変化の度合いを抑えることができる。

また、本発明においては、前記第１の積層駆動信号が第４の電位に保持された第２の定電位信号であって、前記第２の積層駆動信号が前記第４の電位とは異なる第５の電位に保持された第３の定電位信号であることが好ましい。

これによると、第１及び第２の積層駆動信号がそれぞれ定電位信号であるため、電位が変化する場合よりも信号を供給する手段が簡易ですみ、電力消費も小さくなる。

また、本発明においては、前記第１の積層駆動信号が前記第１の定電位信号と同じ信号であることが好ましい。

これによると、第２の電極に供給される第１の積層駆動信号が、インクを吐出させる際に第２の電極に供給する信号と同じ第１の定電位信号であるため、第２の電極に信号を供給する手段を簡易なものにできる。

また、本発明においては、前記第２の積層駆動信号が前記第２の電位に保持された信号であることが好ましい。

これによると、第３の電極に供給される第２の積層駆動信号が、インクを吐出させる際に第１の電極に供給する電圧パルス列信号に含まれる第２の電位と同じであるため、第３の電極に信号を供給する手段を簡易なものにできる。

また、本発明においては、前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われていないときにのみ、前記第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することが好ましい。

これによると、インク吐出動作が行われる際には第２及び第３の積層駆動信号が供給されないため、インク吐出動作を妨げることがない。

また、本発明においては、前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われているときには、前記第１の定電位信号を前記第３の電極に供給することが好ましい。

これによると、インク吐出動作が行われているときには積層活性領域に電界が印加されないため、積層活性領域の変形によってインク吐出動作が妨げられない。

また、本発明においては、所定条件に従ってカウント数を増加させるカウンタと、前記カウンタの前記カウント数が所定値に達したか否かを判断するカウント数判断手段とをさらに備え、前記アクチュエータ制御手段は、前記カウンタの前記カウント数が所定値に達したと前記カウント数判断手段が判断した場合に、前記第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することが好ましい。

これによると、カウント数が所定値に達したときに積層駆動信号を供給するため、例えば、所定回数インク吐出が行われた場合や所定期間経過した場合など、圧電層の圧電特性の変化を防ぐのに適したタイミングで積層駆動信号を供給することができる。

また、本発明においては、前記アクチュエータ制御手段は、前記インクジェット記録装置の駆動中は常に、前記第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することが好ましい。

これによると、インクジェット記録装置の駆動中は常に積層駆動信号を供給しつづけるため、積層活性領域におけるａ軸配向への進行をより効果的に防止することができる。

また、本発明においては、前記インクジェットヘッドが、前記圧力室内のインクの電位と前記第３の電極の電位とを等しくするような第１の導電手段をさらに有していることが好ましい。

これによると、第３の電極とインクとの間に電位差が生じる場合と異なり、帯電したインクが圧電アクチュエータ内部へと浸入したりしない。

また、本発明においては、前記圧力室が前記流路ユニットに含まれる金属プレートに形成されており、前記第１の導電手段は前記金属プレートと前記第３の電極とを導電していることが好ましい。

これによると、金属プレートと第３の電極とを導電することにより、圧力室内のインクをより確実に第３の電極と等電位にすることができる。

また、本発明においては、前記インクジェットヘッドが、前記第３の電極と前記圧力室との間に前記第３の電極から離隔して配置され前記圧力室に跨るように延在した第４の電極と、前記圧力室内のインクの電位と前記第４の電極の電位とを等しくするような第２の導電手段とをさらに有していることが好ましい。

これによると、圧力室内のインクと等電位になるような第４の電極が、圧力室と第３の電極との間に配置されているため、帯電したインクが圧電アクチュエータ内に浸入したりしない。

本発明のインクジェット記録装置の製造方法は、インクを吐出するノズル及び前記ノズルに連通した圧力室を有する流路ユニットを作製する工程と、第１の圧電層、前記第１の圧電層に積層された第２の圧電層、前記第１の圧電層上に配置された第１の電極、前記第１の圧電層を前記第１の電極と共に挟む第２の電極と、前記第２の圧電層において前記第１及び第２の電極によって挟まれた領域に対向する領域を前記第２の電極と共に挟む第３の電極とを有する圧電アクチュエータを作製する工程と、前記圧力室と前記第１の電極とが対向し、且つ、前記第１の圧電層において前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた主活性領域に電界が印加されているときの前記圧力室の容積が、前記主活性領域に電界が印加されていないときの前記圧力室の容積よりも小さくなるように、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとを接合する工程と、互いに電位が異なる第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することによって、前記第２の圧電層において前記第２の電極と前記第３の電極とに挟まれた積層活性領域に電界を印加する工程とを備えている。

本発明によると、積層活性領域に電界を印加してあらかじめ積層活性領域におけるｃ軸配向をある程度進行させておくことにより、主活性領域におけるさらなるｃ軸配向の進行が一定範囲に抑えられた圧電アクチュエータを作製できる。これによって、長期間使用しつづけても、インク吐出に吐出量の低下などの特性変化の度合いが抑えられたインクジェット記録装置を製造することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜プリンタ概略＞
図１は、本発明の一実施形態によるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つのインクジェットヘッド２を有している。これらのインクジェットヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。インクジェットヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。

プリンタ１には、給紙ユニット１１４、紙受け部１１６及び搬送ユニット１２０が設けられている。また、プリンタ１には、インクジェットヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。

給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。

給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａ及び１１８ｂ、並びに、１１９ａ及び１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによって、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。

搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６及び１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６及び１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、インクジェットヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。

ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回動させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回動することができる。従って、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回動させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に回転する。

ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは、回動可能に設置されており、搬送ベルト１１１の回転に連動して回動する。

給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、インクジェットヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理が施されていてもよい。これにより、印刷用紙Ｐが搬送面１２７に、より確実に固着される。

４つのインクジェットヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各インクジェットヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、インクを吐出する多数のノズル８が設けられている（図３参照）。１つのインクジェットヘッド２に設けられたノズル８からは、同じ色のインクが吐出されるようになっている。各インクジェットヘッド２から吐出されるインクの色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）である。各インクジェットヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。

搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、インクジェットヘッド２と搬送ベルト１１１との間を通過する。その際に、ヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けてインクが吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データ（図６参照）に基づくカラー画像が形成される。

搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａ及び１２１ｂ並びに１２２ａ及び１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷が施された印刷用紙Ｐが、順次、紙受け部１１６に送られる。紙受け部１１６には、これらの印刷用紙Ｐが重なり合うように載置される。

なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にあるインクジェットヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子及び受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、インクジェットヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。

＜ヘッド本体＞
ヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３の上面図である。

ヘッド本体１３は、流路ユニット４と、流路ユニット４上に接着されたアクチュエータユニット２１とを有している。アクチュエータユニット２１は、台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路ユニット４の長手方向に平行になるように流路ユニット４の上面に配置されている。また、アクチュエータユニット２１は、流路ユニット４の長手方向に平行な２本の直線のそれぞれに沿って２つずつ、合計４つが、全体として千鳥状に流路ユニット４上に配列されている。流路ユニット４上で隣接し合うアクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路ユニット４の幅方向について部分的にオーバーラップしている。

流路ユニット４の内部には、インク流路の一部であるマニホールド流路５が形成されている。流路ユニット４の上面には、マニホールド流路５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路ユニット４の長手方向に平行な２本の直線のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つのアクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド流路５には、開口５ｂを通じて、図示しないインクタンクからインクが供給されるようになっている。

図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図である。なお、説明の都合上、図３にはアクチュエータユニット２１が示されていない。すなわち、図３は、アクチュエータユニット２１が流路ユニット４の上面に配置されていない状態における、ヘッド本体１３の平面図である。また、本来破線で示されるべき、流路ユニット４の内部や下面に形成されているアパーチャ１２やノズル８なども、実線で示されている。

流路ユニット４内に形成されたマニホールド流路５からは、複数本の副マニホールド流路５ａが分岐している。これらの副マニホールド流路５ａは、流路ユニット４の内部であって各アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接して延在している。

流路ユニット４は、複数の圧力室１０がマトリクス状に形成されている圧力室群９を有している。圧力室１０は、角部にアールが施された菱形の平面形状を有する中空の領域である。圧力室１０は、流路ユニット４の上面に開口するように形成されている。これらの圧力室１０は、流路ユニット４の上面におけるアクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面に亘って配列されている。従って、これらの圧力室１０によって形成された各圧力室群９は、アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさ及び形状の領域を占有している。

流路ユニット４には、多数のノズル８が形成されている。これらのノズル８は、流路ユニット４の下面における副マニホールド流路５ａと対向する領域を避ける位置に配置されている。また、これらのノズル８は、流路ユニット４の下面におけるアクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。そして、それぞれの領域内のノズル８は、流路ユニット４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。

なお、これらのノズル８は、流路ユニット４の長手方向に平行な仮想直線上にこの仮想直線と垂直な方向から各ノズル８の形成位置を射影した射影点が、印字の解像度に対応した間隔で等間隔に途切れずに並ぶような位置に形成されている。これによって、インクジェットヘッド２は、流路ユニット４におけるノズルが形成された領域の長手方向についてのほぼ全領域に亘って、印字の解像度に対応した間隔で途切れずに印字できるようになっている。

流路ユニット４の内部には、多数のアパーチャ（しぼり）１２が形成されている。これらのアパーチャ１２は、圧力室群９と対向する領域内に配置されている。本実施形態のアパーチャ１２は、水平面に平行な１方向に沿って延在している。

流路ユニット４の内部には、各アパーチャ１２、圧力室１０及びノズル８を互いに連通させるような連通孔が形成されている。これらの連通孔は、互いに連通し、個別インク流路３２を構成している（図４参照）。そして、各個別インク流路３２は、副マニホールド流路５ａと連通している。マニホールド流路５に供給されたインクは、副マニホールド流路５ａを通じて各個別インク流路３２へと分配され、ノズル８から吐出される。

＜個別インク流路＞
ヘッド本体１３の断面構造について説明する。図４は、図３のＩＶ―ＩＶ線に沿った縦断面図である。

ヘッド本体１３に含まれる流路ユニット４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路ユニット４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９及びノズルプレート３０である。これらのプレートには、多数の連通孔が形成されている。各プレートは、これらの連通孔が互いに連通して個別インク流路３２及び副マニホールド流路５ａを構成するように、位置合わせされて積層されている。

各プレートに形成された連通孔について説明する。これらの連通孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された圧力室１０である。第２に、圧力室１０の一端から副マニホールド流路５ａへと連通する流路を構成する連通孔Ａである。連通孔Ａは、ベースプレート２３からサプライプレート２５までの各プレートに形成されている。なお、連通孔Ａには、アパーチャプレート２４に形成されたアパーチャ１２が含まれている。

第３に、圧力室１０の他端からノズル８へと連通する流路を構成する連通孔Ｂである。連通孔Ｂは、ベースプレート２３からカバープレート２９までの各プレートに形成されている。第４に、ノズルプレート３０に形成されたノズル８である。第５に、副マニホールド流路５ａを構成する連通孔Ｃである。連通孔Ｃは、マニホールドプレート２６〜２８に形成されている。

このような連通孔が相互に連通し、個別インク流路３２を構成している。副マニホールド流路５ａから流出したインクは、個別インク流路３２を通って、以下の経路でノズル８へと流出する。まず、副マニホールド流路５ａから上方向に向かって、アパーチャ１２の一端部に至る。次に、アパーチャ１２の延在方向に沿って水平に進み、アパーチャ１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、圧力室１０の一端部に至る。さらに、圧力室１０の延在方向に沿って水平に進み、圧力室１０の他端部に至る。そこから３枚のプレートを経由して斜め下方に向かい、さらに直下のノズル８へと進む。

＜アクチュエータユニット＞
アクチュエータユニット２１は、図４に示されるように、４枚の圧電層４１、４２、４３及び４４が積層された積層構造を有している。これらの圧電層４１〜４４は、それぞれ厚みが１５μｍ程度である。アクチュエータユニット２１全体の厚みは、６０μｍ程度となっている。圧電層４１〜４４のいずれの層も、複数の圧力室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電層４１〜４４は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなるものである。

アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる３種類の電極を有している。１つ目の電極は個別電極３５（第１の電極）で、圧電層４１の上面における圧力室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端には、ランド３６が形成されている。ランド３６は、例えばガラスフリットを含む金からなる。ランド３６は、個別電極３５の上面に、厚みが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、ランド３６は、図示しないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられたコンタクトと電気的に接合されている。制御部１００は、後述のように、ＦＰＣを通じて個別電極３５に種々の電圧パルスを伝達することができる。

２つ目の電極は共通電極３４（第２の電極）で、圧電層４１と圧電層４２との間の領域に、面方向のほぼ全面に亘って介在している。すなわち、共通電極３４は、アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての圧力室１０に跨るように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は、図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。

図４に示されるように、個別電極３５及び共通電極３４は、最上層の圧電層４１のみを挟むように配置されている。以下の説明において、圧電層４１における個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を主活性部と呼称する。また、圧電層４２における主活性部と対向する領域を対向活性部と呼称する。後述のように、ノズルからインクを吐出させるために、主活性部には電界が印加される。本実施形態のアクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電層４１のみ主活性部を含んでおり、その他の圧電層４２〜４４は主活性部を含んでいない。すなわち、このアクチュエータユニット２１は、いわゆるユニモルフタイプの構成を有している。

３つ目の電極は共通電極３７で、圧電層４２及び４３の間の領域に、面方向のほぼ全面に亘って介在している。すなわち、共通電極３７は、アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての圧力室１０に跨るように延在している。従って、共通電極３４及び３７は、圧電層４２におけるほぼ全面を挟み込んでいる。以下の説明において、圧電層４２における共通電極３４及び３７によって挟まれた領域を、積層活性部と呼称する。積層活性部には対向活性部が含まれている。共通電極３７は、図示しない領域においてＦＰＣと電気的に接続されている。制御部１００は、後述のように、ＦＰＣを介して、共通電極３７に種々の電圧信号を供給することができる。

図５は、アクチュエータユニット２１の上面の拡大図である。個別電極３５は、圧力室１０と相似な略菱形の平面形状を有し、圧力室１０より一回り小さい。個別電極３５の一方の鋭角部は、他方の鋭角部と逆方向に延出されている。そして、延出された部分の先端にランド３６が形成されている。ランド３６は、円形の平面形状を有している。

個別電極３５の菱形形状の部分は、この個別電極３５の下方に形成された圧力室１０に対向する領域に収まるよう、この領域のほぼ中央に配置されている。一方、個別電極３５の鋭角部から延出された部分は、圧力室１０と対向する領域外にまで延出されている。つまり、ランド３６は、キャビティプレート２２における圧力室１０が形成されていない部分に対向する領域４１ａに配置されている。

なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の電圧パルスが供給されることにより、この個別電極３５に対応する圧力室１０内のインクに圧力が加えられる。これによって、個別インク流路３２を通じて、対応するノズル８からインクが吐出される。すなわち、アクチュエータユニット２１における各圧力室１０に対向する部分は、各圧力室１０及びノズル８に対応する個別のアクチュエータ５０（圧電アクチュエータ）に相当する。

＜アクチュエータユニットの制御＞
アクチュエータユニット２１の制御について説明する。図６は、プリンタ１が有している制御系を示す図である。

なお、プリンタ１は、演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが実行するプログラム及びプログラムに使用されるデータが記憶されているＲＯＭ（Read Only Memory）、及び、プログラム実行時にデータを一時記憶するためのＲＡＭ（Random Access Memory：共に図示せず）とを有しており、これらによって以下に説明する各機能部が構築されている。

プリンタ１が有する制御系は、制御部１００と、制御部１００と電気的に接続されたドライバＩＣ８０及びアクチュエータユニット２１と、紙面センサ１３３とを含んでいる。

制御部１００は、印刷制御部１０１（アクチュエータ制御手段）と動作制御部１０８とを有している。制御部１００には、紙面センサ１３３（図１参照）及びＰＣ（パーソナルコンピューター）などから、印刷に係る動作データや画像データが送信される。動作制御部１０８は、これらのデータに基づいて、給紙ローラ１４５を駆動するモータ、送りローラ１１８ａ、１１８ｂ、１１９ａ、１１９ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂを駆動するモータ、及び、搬送モータ１７４等を駆動制御する。

印刷制御部１０１は、画像データ記憶部１０２、波形パターン記憶部１０３及び印刷信号生成部１０４を有している。画像データ記憶部１０２は、ＰＣなどから送信された印刷に係る画像データを記憶している。

波形パターン記憶部１０３は、複数種類の吐出パルス列波形１５５（図７参照）並びに積層駆動波形１５７及び１５８（図１０及び１１参照）等を記憶している。吐出パルス列波形１５５は、画像の階調を表現するための基本の波形である。このような波形が個別電極３５に供給されることにより、それぞれの階調に対応した量のインクがインクジェットヘッド２から吐出される。積層駆動波形１５７は、後述のように、共通電極３７に供給されると積層活性部が分極されるような信号である。

印刷信号生成部１０４は、画像データ記憶部１０２に記憶された画像データに基づき、シリアルの印刷データを生成する。そして、印刷信号生成部１０４は、生成した印刷データを各アクチュエータユニット２１に対応するドライバＩＣ８０に出力する。

このようなシリアルの印刷データは、波形パターン記憶部に記憶された複数の波形パターンのいずれかが、各個別電極３５及び共通電極３７に所定のタイミングで供給されるよう指示するデータである。例えば、画像データに基づき、所定のノズルから所定のタイミングでインクが吐出されるように、所定の個別電極３５に所定のタイミングで吐出パルス列波形１５５が供給されるような印刷データが生成される。あるいは、積層活性部を分極させるための所定のタイミングで積層駆動波形１５７が共通電極３７に供給されるような印刷データが生成される。

ドライバＩＣ８０は、シフトレジスタ、マルチプレクサ及びドライブバッファ（共に図示せず）を有している。

シフトレジスタは、印刷信号生成部１０４から出力されたシリアルの印刷データをパラレルデータに変換する。そして、シフトレジスタは、各圧力室１０及びノズル８に対応するアクチュエータ５０及び共通電極３７に対する個別のデータを出力する。

マルチプレクサは、シフトレジスタから出力された各データに基づいて、インク吐出に係る複数種類の吐出パルス列波形１５５及び積層駆動波形１５７等のデータの中から適切なものを選択する。そして、マルチプレクサは、選択したデータをドライブバッファに出力する。

ドライブバッファは、マルチプレクサから出力された吐出パルス列波形１５５のデータに基づいて、所定のレベルを有する吐出電圧パルス列信号を生成する。そして、ドライブバッファは、生成した電圧パルス列信号を、各アクチュエータ５０に対応する個別電極３５にＦＰＣを介して供給する。または、ドライブバッファは、マルチプレクサから出力された積層駆動波形１５７のデータに基づいて、所定のレベルを有する積層駆動電圧信号を生成する。そして、ドライブバッファは、生成した積層駆動電圧信号を、共通電極３７にＦＰＣを介して供給する。

＜インク吐出時の電位変化＞
吐出電圧パルス列信号及びこの信号の供給を受けた個別電極３５における電位の変化について説明する。以下の説明にあたって、印字周期とは、印刷用紙Ｐの搬送方向に関する印字解像度に対応した単位距離だけ印刷用紙Ｐが搬送されるのに要する時間をいう。

吐出電圧パルス列信号に含まれる各時刻の電圧について説明する。図７（ａ）は、ドライバＩＣ８０からアクチュエータユニット２１に供給される吐出電圧パルス列信号の波形１５５を概略的に示すグラフである。なお、図７に示す吐出電圧パルス列信号の波形１５５は、印字期間中におけるある印字周期Ｔ０において、１滴のインクがノズル８から吐出されるような波形の一例である。

時刻ｔ１は、個別電極３５に吐出電圧パルス列信号が供給され始める時刻である。時刻ｔ１は、この個別電極３５に対応するノズル８からインクを吐出させるタイミングに合わせて調節されている。また、時刻ｔ２は、ちょうどノズル８からインクを吐出させることができるように調節された時刻である。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔｗは、後述のように、この波形１５５を個別電極３５に供給した際、この個別電極３５に対応するノズル８から必要とされるインクが吐出されるような範囲内に調節されている。

吐出電圧パルス列信号の波形１５５において、時刻ｔ１までの期間Ｔａ及び時刻ｔ２以降の期間Ｔｃには、電圧はＶ０（≠０）に保持されている。そして、期間Ｔｂには、電圧はゼロに保持されている。

図７（ｂ）は、上記のような吐出電圧パルス列信号の波形１５５が個別電極３５に供給された場合の、個別電極３５における電位の変化を示す図である。

個別電極３５及び共通電極３４は、図４に示されるように、誘電体として圧電層４１を介したコンデンサの構造を有している。従って、個別電極３５の電位は、図７（ｂ）に示されるように、コンデンサの充放電時間に相当する遅延を含みつつ変化する。

＜インク吐出時のアクチュエータの駆動＞
上記のような吐出電圧パルス列信号が個別電極３５に供給されることにより、アクチュエータ５０がどのように駆動されるかについて説明する。

まず、個別電極３５の電位がグランド電位以外の電位にされたときのアクチュエータユニット２１の動きについて説明する。本実施形態におけるアクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電層４１だけが個別電極３５から共通電極３４に向かう方向に分極されている。ここで、個別電極３５が共通電極３４と異なる電位にされると、圧電層４１における個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれた領域には、分極方向と同じ方向に電界が生じる。そして、圧電層４１における電界が印加された部分、すなわち主活性部は、厚み方向、すなわち積層方向に伸長しようとする。また、このとき、主活性部は積層方向と垂直な方向、すなわち面方向には収縮しようとする。これに対し、残りの３枚の圧電層４２〜４４には、個別電極３５と共通電極３４とが作る電界が及びにくいので、自発的には変形しにくい。

このように、圧電層４１と圧電層４２〜４４との間で歪み方に差が生じるので、全体として各アクチュエータ５０は圧力室１０側（圧電層４２〜４４側）へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

次に、吐出電圧パルス列信号１５５が個別電極３５に供給されたときのアクチュエータ５０の駆動について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、この場合のアクチュエータ５０の経時変化を示す図である。

図８（ａ）は、図７（ｂ）に示される期間Ｔａのときのアクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はＶ０である。アクチュエータ５０は、上記のようなユニモルフ変形により、圧力室１０内に突出している。このときの圧力室１０の容積はＶ１となっている。この状態をアクチュエータ５０における第１の状態とする。

図８（ｂ）は、図７（ｂ）に示される期間Ｔｂのときのアクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はゼロ（グランド電位）である。従って、圧電層４１における活性部に印加されていた電界が解除され、アクチュエータ５０のユニモルフ変形も解除されている。このときの圧力室１０の容積Ｖ２は、図８（ａ）に示される圧力室１０の容積Ｖ１より大きい。この状態をアクチュエータユニット２１における第２の状態とする。このように圧力室１０の容積が増大した結果、副マニホールド流路５ａから圧力室１０にインクが吸い込まれる。

図８（ｃ）は、図７（ｂ）に示される期間Ｔｃのときのアクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はＶ０である。従って、アクチュエータ５０は、再び第１の状態に戻っている。このように、アクチュエータ５０が第２の状態から第１の状態に変化することで、圧力室１０内のインクに圧力が加えられる。これによって、ノズル８先端のインク吐出口８ａからインク滴が吐出される。インク滴は印刷用紙Ｐの印刷面に着弾し、これによってドットが形成される。

このように、本実施形態のアクチュエータ５０の駆動においては、まず、一旦圧力室１０の容積が増大し、これによって圧力室１０内のインクに負の圧力波が発生する（図８（ａ）から図８（ｂ）へ）。すると、この圧力波が流路ユニット４内のインク流路端部で反射して、ノズル８側に進行する正の圧力波として帰ってくる。この正の圧力波が圧力室１０内に到達したタイミングを見計らって、再び圧力室１０の容積が減少する（図８（ｂ）から図８（ｃ）へ）。これはいわゆる「引き打ち(fill before fire)」と呼ばれる手法である。

このようなインク吐出に係る吐出電圧パルスのパルス幅Ｔｗ（図７参照）は、ちょうど必要なインクがノズルから吐出されるような長さに調節されている。圧力室１０内で発生した圧力波がアパーチャ１２からノズル８まで伝播する時間の長さをＡＬ（Acoustic Length）としたとき、Ｔｗの長さは１ＡＬに調整されていることが理想的である。これによると、上記のようにして反射してきた正の圧力波と、アクチュエータ５０の変形により生じた正の圧力波とが重畳し、より強い圧力がインクに付与される。そのため、単に圧力室１０の容積が１回減少するだけでインクが押し出される場合より、同じ量のインクをノズルに吐出させるためのアクチュエータ５０の駆動電圧が低くなる。従って、引き打ち方式は、圧力室１０の高集積化、インクジェットヘッド２のコンパクト化、及び、インクジェットヘッド２を駆動する際のランニングコストの点で有利である。

＜圧電層の特性変化＞
ところが、上記のような引き打ち式により、ある条件で長期間ノズルからインクを吐出させ続けると、アクチュエータ５０に吐出特性の変化が生じることが確認されている。つまり、数１０ｋＨｚ等の通常の駆動周波数でアクチュエータ５０を駆動する場合において、駆動周波数よりも非常に低い周波数で吐出電圧パルス列信号１５５を供給したとする。例えば、このように低い周波数で信号を１億回供給した後では、インクの吐出量及び吐出速度の低下が観測される。すなわち、アクチュエータ５０にある程度小さい周波数で吐出電圧パルス列信号１５５を供給しつづけると、アクチュエータ５０に吐出特性の変化が生じるのである。

このようなアクチュエータ５０の特性変化は、以下のようなメカニズムで生じると解される。図９は、アクチュエータ５０の特性変化について説明する図である。

具体的な特性変化のメカニズムを説明する前に、圧電層４１の分極について説明する。上記のように、圧電層４１は積層方向に分極されている。分極は、電界印加時における圧電層の収縮量を増大させるために行われるものである。圧電層の分極においては、一般に、高温下で高電圧が圧電層に印加される。

ＰＺＴのような強誘電体は、結晶粒単位の自発分極を有している。しかし、圧電層を分極する前には、このような結晶粒単位の自発分極の向きは様々であり、圧電層は全体としての分極の傾向を有していない。一方、上記のように圧電層に高温下で高電圧が印加されると、結晶粒ごとの自発分極が積層方向に揃うような傾向に変化する。これによって、積層方向に平行な方向について圧電層が分極される。本実施形態では、圧電層４１が個別電極３５から共通電極３４に向かう方向に分極されている。

ここで、ある結晶粒における圧電層の分極前と分極後の変化を考えてみる。結晶粒に含まれるそれぞれの結晶格子もまた、結晶格子単位の自発分極を有している。結晶粒内では、自発分極の方向が揃った結晶格子が集まって、多くの分域を構成している。結晶粒の自発分極とは、結晶粒内に分布した分域の自発分極の総和である。上述のような分極処理前では、分域の自発分極の方向はランダムであり、全体としては、結晶粒は圧電特性を示さない。一方、圧電層を分極することにより、結晶粒内部における分域の自発分極の方向が積層方向寄りに揃うため、結晶粒は圧電特性を示す。

このとき、分極後の結晶粒内部では、積層方向寄りに自発分極が揃った分域もあれば、そうでない分域もある。これらの分域がある分布傾向を有することにより、結晶粒全体として積層方向寄りに分極される。以下の説明では、結晶粒内部における分域ごとの自発分極が積層方向寄りであることを、ｃ軸配向と呼称する。また、結晶粒内部における分域ごとの自発分極が面方向寄りであることを、ａ軸配向と呼称する。なお、ｃ軸配向の度合いを表すｃ軸配向度は、Ｘ線回析における２００回析に対する００２回析の強度比として観測される。このうち、００２回析は、結晶軸のｃ軸に配向する面からの回析に対応している。

以下、圧電層に圧電特性の変化が生じるメカニズムについて説明する。上記のように、アクチュエータ５０に対応するノズル８からインクが吐出されないときには、個別電極３５と共通電極３４との間には、定電圧Ｖ０が印加されている（図７の期間Ｔａ）。このとき、圧電層４１における個別電極３５及び共通電極３４に挟まれた主活性部５１は、面方向に収縮し、積層方向に伸張している。一方、共通電極３４及び共通電極３７によって挟まれた積層活性部は、主活性部５１と対向した対向活性部５３を含んでいる。従って、主活性部５１の変形により、対向活性部５３は主活性部５１から面方向に圧縮応力を受けている。

そして、吐出電圧パルス列信号１５５が個別電極３５に供給されると、主活性部５１の変形はパルス幅Ｔｗの間だけ一旦解除され、その後再び変形した状態に戻る。従って、対向活性部５３が受けていた圧縮応力も、パルス幅Ｔｗの間だけ一旦解除される。その後、対向活性部５３は、再び圧縮応力を受ける状態に戻る。

このような状況で、吐出電圧パルス列信号１５５が、ある低周波数で個別電極３５に供給されつづけるとする。すると、対向活性部５３において、徐々にｃ軸配向度が増加し、元の状況に戻らなくなる現象が生じる。これによって、対向活性部５３は、図９（ｂ）に示されるように、面方向に収縮したままとなる。従って、主活性部５１は、対向活性部５３から面方向に圧縮応力を受ける。

このように、主活性部５１は、対向活性部５３から面方向の圧縮応力を受ける。これによって、主活性部５１のｃ軸配向度が増加し、結晶粒内部の結晶配向の分布状況が変化したままとなる。ところで、分極された圧電層が外部電界を受けたときに示す変位は、主に、ｃ軸配向された結晶格子のｃ軸方向に変位する電歪歪みと、分域の配向が変化（結晶軸が回転）することにより生じる歪みとの和として観測される。しかし、周囲から圧縮応力が定常的に加わるような状態となった場合、外部電界により配向変化できる分域が少なくなる。その結果、上記のような主活性部５１の収縮量が減少する。主活性部５１の収縮量が減少すると、ノズルから吐出されるインクの量及び速度が低下する。

＜積層駆動電圧信号＞
共通電極３７に供給される積層駆動電圧信号について説明する。図１０は、共通電極３７に供給される積層駆動電圧信号１５７の一例を示している。積層駆動電圧信号１５７は、アクチュエータユニット２１の製造工程において、対向活性部５３を分極させるために印加される。積層駆動電圧信号１５７は、定電圧Ｖ０に保持された信号である。このような信号が共通電極３７に供給されると、対向活性部５３を含む積層活性部において、積層方向に平行な電界が生じる。そして、このような電界が所定期間、積層活性部に印加されることにより、積層活性部が分極される。

なお、図１０及び図１１に示される電圧信号が共通電極３７に供給されると、図７（ｂ）に示されるような遅延を含みつつ共通電極３７の電位が変化することとなる。繰り返しを避けるため、このような共通電極３７における電位の変化の詳細については以下省略する。

上述のように、分極後の対向活性部５３においては、分極前の対向活性部５３に比べて、ｃ軸配向度が増加した状態になっている。従って、分極後の対向活性部５３においては、分極前の対向活性部５３に比べて、ｃ軸配向度が増加する余地が小さくなっている。すなわち、製造工程において対向活性部５３が分極されることにより、完成したアクチュエータ５０によって低周波数でインクが吐出されつづけても、分極前と比べ、対向活性部５３におけるｃ軸配向度が増加する程度が抑えられる。これによって、アクチュエータ５０の圧電層４１における特性変化の度合いが抑えられ、インクの吐出量や吐出速度の低下の程度も小さくなる。

なお、積層駆動電圧信号による分極においては、分極の程度が大きければ大きいほどよい。しかし、一定程度の分極が行われていれば、分極の程度に応じた一定の範囲で圧電層４１の特性変化が抑えられる。

また、積層活性部の分極において使用される積層駆動電圧信号１５７の電圧は、Ｖ０以外であってもよい。上記のように高電圧が使用されることが多いため、例えば、２Ｖ０であってもよい。

さらに、上記のように、積層駆動電圧信号１５７は、アクチュエータユニット２１の製造工程において共通電極３７に供給される。しかし、プリンタ１の製造工程であれば、どのタイミングで供給されてもよい。例えば、プリンタ１本体の組み立てが完成した後であってもよい。要は、プリンタ１が実際に使用される前に対向活性部５３が分極されていればよい。

あるいは、分極した対向活性部５３を有する圧電層４２において、その後のアクチュエータ５０の駆動によって圧電特性の変化が進んだ際に、事後的に積層駆動電圧信号１５７が供給されてもよい。例えば、アクチュエータ５０の吐出動作によって、対向活性部５３や、積層活性部における対向活性部５３に隣接する領域において、ｃ軸配向度が減少したとする。このような場合に、共通電極３７に積層駆動電圧信号１５７が供給されることにより、積層方向に平行な電界が圧電層４２に印加され、ｃ軸配向度が回復される。これによって、圧電層４２におけるｃ軸配向度が減少した部分が、元（分極後）の結晶配向の分布状況に戻される。

上記のようにプリンタ１の使用時に積層駆動電圧信号が供給される場合には、図１１（ｂ）に示されるように、ノズルからインクが吐出されない期間を狙って供給が行われる。これによって、積層駆動電圧信号の供給によって積層活性部がアクチュエータ５０のインク吐出動作に支障を及ぼすことが防止される。例えば、定電圧Ｖｂに保持された積層駆動信号１５８ｂが、印刷中のプリンタ１におけるアクチュエータ５０によるインク吐出の間を縫って供給されるとする。この場合には、インク吐出が行われる時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間には、積層駆動信号１５８ｂは共通電極３７に供給されず、共通電極３７の電位はゼロ（グランド電位）に保持される。

上記のようなインクが吐出されない期間には、例えば、改ページ期間などのノズルが印刷用紙Ｐと対向していない期間なども含まれている。また、シリアルヘッドプリンタなどに本発明が適用される場合には、改行期間なども、インクが吐出されない期間に含まれる。

また、上記のように、積層駆動信号は、制御部１００によって供給される。印刷制御部１０１は、カウンタ部１１０に従って、積層駆動電圧信号を供給し始めるタイミングを決定する。具体的には、カウンタ部１１０は、例えば、プリンタ１を初めて駆動した時点から現時点までの総駆動時間を、クロック数を基準としてカウントする。そして、カウンタ部１１０は、カウント数が所定値に達した時点で印刷制御部１０１にその旨を通知する。これに従って、印刷制御部１０１は、積層駆動電圧信号を供給し始める。例えば、図１１（ｃ）は、時刻ｔ５において、定電圧Ｖｃに保持された信号１５８ｃを供給し始める場合を示している。時刻ｔ５までは、積層駆動電圧信号が供給されず、共通電極３７の電位はゼロに保持されている。

なお、積層駆動電圧信号が有するパルス波形によっては、インク吐出時に積層駆動電圧信号が共通電極３７に供給されても、インク吐出に支障が生じるおそれがない場合がある。このような場合には、プリンタ１の駆動中には常に積層駆動電圧信号が共通電極３７に供給されるものであってもよい。

また、製造時に供給されるか使用時に供給されるかに関わらず、共通電極３７には、様々な波形を有する積層駆動電圧信号が供給されてよい。例えば、図１１（ａ）に示されるように、電圧ゼロと電圧Ｖａとが所定の時間間隔で交互に繰り返されるような電圧パルス列波形を有する積層駆動電圧信号１５８ａが供給されてもよい。種々の波形を有する積層駆動電圧信号のうち、積層活性部の分極やｃ軸配向度の減少に対する抑制に最も効果的な波形を有する信号が供給されることが好ましい。

＜キャビティプレートと共通電極との導電＞
印刷時に搬送される印刷用紙Ｐに滞留した静電気等によって、キャビティプレート２２に形成された圧力室１０内のインクが帯電する場合がある。そして、キャビティプレート２２と共通電極３７との間に電位差が生じ、帯電したインクが共通電極３７に引き寄せられ、アクチュエータユニット２１の内部にインクが浸入することがある。このように、アクチュエータユニット２１にインクが浸入すると、アクチュエータ５０に誤動作が生じるおそれがある。

このようなアクチュエータユニット２１へのインクの侵入を防ぐため、キャビティプレート２２上には、図１２に示されるような導電性接着剤１６０が付着されている。導電性接着剤１６０は、キャビティプレート２２上に貼り付けられたアクチュエータユニット２１の端部と、キャビティプレート２２とに付着するように配置されている。また、導電性接着剤１６０は、アクチュエータユニット２１の端部まで延在された共通電極３７に接するように配置されている。これによって、キャビティプレート２２と共通電極３７とが導電され、これらの間の電位が等しくなっている。

なお、アクチュエータユニット２１の製造工程において積層駆動電圧信号が共通電極３７に供給される際には、圧力室１０内部にはインクが存在しない。このため、上記のようなインクの浸入の問題が生じないので、製造工程において導電性接着剤１６０が配置されている必要はない。一方、プリンタ１が完成した後、実際にプリンタ１が使用される際にも積層駆動信号が供給されるような場合には、共通電極３７がグランド電位と異なる電位になる。このため、上記のようなインクの浸入の問題が発生する可能性がある。従って、導電性接着剤１６０は、プリンタ１の使用時にも積層駆動信号が供給されるような場合に上記のような効果を生ずる。

また、必ずしも、キャビティプレート２２と共通電極３７とを等電位としなくてもよい。つまり、共通電極３７に積層駆動信号を供給したときに、共通電極３７と圧力室１０内のインクとの間にアクチュエータユニット２１内へのインクの侵入を助長するような電位差が生じないように、導電性接着剤が、図１３に示されるように配置されていてもよい。すなわち、アクチュエータユニット２２１は、共通電極３４及び３７の他に、第３の共通電極３８を有している。共通電極３８は、圧電層４３と圧電層４４との間の領域に、面方向のほぼ全面に亘って介在している。そして、アクチュエータユニット２２１の端部において、共通電極３８と導電性接着剤１６１とが接している。この共通電極３８は、図示しない部位において、グランド電位に保持される共通電極３４と電気的に接続されている。これにより、共通電極３７の電気的な影響が遮蔽されるとともに、共通電極３８とキャビティプレート２２との間が等電位に保たれ、上記のようなインクの浸入が防止される。なお、この場合、共通電極３７をアクチュエータユニット２２１の端部から露出しない程度に形成すれば、アクチュエータユニット２２１の端部において、導電性接着剤１６１を用いて、２つの共通電極３４及び３８をまとめてキャビティプレート２２に電気的に接続することもできる。

＜プリンタの製造工程＞
以下、上記の実施形態に係るプリンタ１の製造工程について説明する。図１４〜１６は、プリンタ１を製造する際の各工程を示す図である。

＜アクチュエータ作製工程＞
アクチュエータユニット２１が作製される工程について説明する。まず、ＰＺＴ系のセラミック粉末、バインダ及び溶剤が混合され、粘度10000〜30000ＣＰＳに調整される。そして、混合された混合物は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルム上に広げられて乾燥され、グリーンシートが形成される。なお、１枚のグリーンシートから、複数のアクチュエータユニット２１に相当する複数の圧電層が形成される。従って、１枚のグリーンシートは、複数のアクチュエータユニット２１の上面を含むような大きさを有している。

次に、圧電層４１となるべきグリーンシートの表面に、導電性ペーストが印刷形成される。これによって、個別電極３５が形成される。また、圧電層４２となるべきグリーンシートの表面に、導電性ペーストが印刷形成され、個別電極３５と対向する領域を有する共通電極３４が形成される。さらに、圧電層４３となるべきグリーンシートに導電ペーストが印刷形成され、個別電極３５と対向する領域を有する共通電極３７が形成される。そして、電極が形成された各グリーンシートが乾燥される。

次に、乾燥されたグリーンシートが、上から圧電層４１、圧電層４２、圧電層４３及び圧電層４４の順に、図１４に示される矢印の方向に互いに積層される。これによって、圧電層４１は、個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれる。また、圧電層４２は、共通電極３４及び３７によって挟まれる。

次に、積層されたグリーンシートが積層方向に加圧される。これによって、各グリーンシートが一体化される。そして、一体化されたグリーンシートの積層体から、各アクチュエータユニット２１に相当する領域が切り出される。さらに、各アクチュエータユニット２１に相当する切り出されたグリーンシートの積層体が焼結される。これによって、アクチュエータユニット２１が完成する。

＜流路ユニット及びアクチュエータ接合工程＞
完成したアクチュエータユニット２１と流路ユニット４とが接合される工程について説明する。

まず、図示しない別の工程において、ノズル８及び圧力室１０が形成された流路ユニット４が作製される。すなわち、エッチングによって形成された連通孔を有する複数のプレートが作製される。そして、連通孔が互いに連通して個別インク流路３２を構成するように、各プレートが位置合わせされて積層される。これによって、個別インク流路３２を有する流路ユニット４が作製される。

次に、流路ユニット４の上面（キャビティプレート２２側の面）に接着剤が塗布される。そして、図１５に示される矢印の方向にアクチュエータユニット２１が接合され、貼り付けられる。ここで、アクチュエータユニット２１は、各圧力室１０と各個別電極３５とが互いに対向するように位置合わされて、キャビティプレート２２上に配置される。これによって、圧電層４１における個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた主活性部と圧力室１０とが対向されるような位置に、アクチュエータユニット２１が配置される。

このようにアクチュエータユニット２１が配置されることにより、主活性部に電界が印加されたとき、アクチュエータユニット２１における主活性部に対向する下方部分は、圧力室１０内に突出する。つまり、主活性部に電界が印加されているときの圧力室１０の容積が、電界が印加されていないときの容積よりも小さくなるように、アクチュエータユニット２１と流路ユニット４とが接合される。

＜積層駆動電圧信号の供給＞
流路ユニット４上に貼り付けられたアクチュエータユニット２１の個別電極３５及び共通電極３７には、外部引き出し線が電気的に接続される。そして、図１６に示されるように、制御部１００によって、積層駆動電圧信号１５７が、この外部引き出し線を介して共通電極３７に供給される。このとき、共通電極３４及び個別電極３５は、図示しない領域において接地され、グランド電位Ｇに保持される。また、共通電極３７は、定電位Ｖ０に保持される。これによって、圧電層４２の積層活性部が分極される。この分極は、主活性部の分極と一緒に行ってもよい。このとき、一定に保持される個別電極３５及び共通電極３７の電位の大きさは、等しいものでもよいし、異なるものでもよい。

なお、積層駆動電圧信号は、プリンタ１の有する制御部１００によって供給されるものでなくてもよい。例えば、アクチュエータユニット２１が完成した直後に、制御部１００とは別の制御部が共通電極３７に接続されて、積層駆動信号が供給されるようになっていてもよい。また、積層駆動電圧信号が供給される時期は、アクチュエータユニット２１が完成した後であればいつでもよい。

＜プリンタの完成＞
上記のように積層駆動電圧信号が供給されることにより、ヘッド本体１３が完成する。そして、完成したヘッド本体１３と他の部材とが組み立てられることにより、インクジェットヘッド２が完成する。さらに、インクジェットヘッド２や給紙ユニット１１４などの各部が組み立てられることにより、プリンタ１が完成する。

＜変形例＞
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態における主活性部に生じる微視的な構造変化とこれに伴う圧電特性の変化とは、圧電層４２において、個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれた主活性部と対向する対向活性部が存在することによって生じる。すなわち、圧電層４１及び４２が、圧力室１０に跨るように延在したものでなくてもよい。例えば、圧力室１０に対向する領域内にのみ圧電層４１及び４２が配置されている場合であっても、主活性部と対向活性部とが対向している限り、上記のような圧電特性の変化が生じる。従って、圧電層４１及び４２が圧力室１０に対向する領域内にのみ配置されているような構成にも本発明が適用され得る。

また、アクチュエータユニットが、図１７に示されるような構造を有していてもよい。すなわち、アクチュエータユニット３２１は、共通電極３７の替わりに電極１３７を有している。この電極１３７は、個別電極３５に対向する領域にのみ形成されている。そして、電極１３７と共通電極３４とは、圧電層４２における個別電極３５と対向する領域のみを挟んでいる。このような構成においても、電極１３７が共通電極３４とは異なる電位とされることにより、圧電層４２における対向活性部に電界が印加され、対向活性部が分極される。これによって、圧電層４１の主活性部の特性変化が防止される。

また、共通電極３４がＦＰＣを介して印刷制御部１０１に電気的に接続されていてもよい。これによって、共通電極３４にも種々の電圧信号が供給され得るので、アクチュエータ５０に対してより複雑な制御が可能である。

さらに、上記の実施形態においては、プリンタ本体に固定されたラインヘッド方式のインクジェットヘッドが使用されている。しかし、シリアル方式のヘッドにも、本発明が適用され得る。また、印刷用紙Ｐに対してヘッドが搬送方向に移動するような方式のものでもよい。

さらに、上記実施形態における圧電層４２は、薄いほどよい。例えば、圧電層４２が印加電圧に対して絶縁破壊を起こさない範囲で、圧電層４１よりも薄く形成されているほうがよい。これは、以下のような理由による。すなわち、主活性部５１が面方向に収縮することによって圧電層４２が受ける面方向の圧縮応力は、主活性部５１に近い部分ほど大きい。したがって、主活性部５１から受ける応力によって圧電層４２に生じる特性変化は、主活性部５１に近い部分ほど著しい。また、主活性部５１に近い部分に特性変化が生じると、主活性部５１から遠い部分よりも主活性部５１に圧縮応力を及ぼしやすい。一方、圧電層４２が薄くなると、圧電層４２において共通電極３４及び３７によって挟まれた部分は、主活性部５１により近い部分のみを含むこととなる。これによって、圧電層４２において特性変化が著しい部分に、より適切に積層駆動電圧信号による電界が加えられる。また、同じ強度の電圧信号が供給される場合であっても、圧電層４２が薄いため、より大きい電界が対向活性部５３に印加されることとなる。したがって、対向活性部５３の構造変化がより効果的に抑制される。

本発明によるインクジェット記録装置の一実施形態であるプリンタの概略構成図である。 図１に示されるヘッド本体の上面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図である。 図３の一点鎖線で囲まれた領域に対応するアクチュエータユニットの部分拡大上面図である。 図１に示されるプリンタが有する制御部について説明する図である。 図７（ａ）は、図６に示される制御部によってアクチュエータユニットの個別電極に供給される吐出電圧パルス列信号の概略を示すグラフである。 図７（ｂ）は、図７（ａ）に示される吐出電圧パルス列信号が供給された場合の個別電極における電位の変化を示すグラフである。 図７に示される吐出電圧パルス列信号が個別電極に供給された際の、アクチュエータユニットの駆動を示す図である。 図５に示されるアクチュエータユニットに生じる特性変化について説明する概略図である。 図６に示される制御部によってアクチュエータユニットの共通電極に供給される積層駆動電圧信号の概略を示すグラフである。 図１０に示される波形とは別の波形を有する積層駆動電圧信号の概略を示すグラフである。 図２に示されるヘッド本体におけるアクチュエータユニットの端部付近の部分縦断面図である。 図２に示されるヘッド本体とは別の形態のヘッド本体におけるアクチュエータユニットの端部付近の部分縦断面図である。 アクチュエータユニットの製造工程について説明する図である。 図１４に示される工程において完成したアクチュエータユニットが流路ユニットに積層される工程について説明する図である。 図１５に示される工程において積層されたアクチュエータユニット及び流路ユニットに積層駆動電圧信号が供給される工程について説明する図である。 図４に示されるアクチュエータユニットの別の形態を示す図である。

符号の説明

１ プリンタ
２ インクジェットヘッド
８ ノズル
１０ 圧力室
２１、２２１、３２１ アクチュエータユニット
３４、３７、３８ 共通電極
３５ 個別電極
４１〜４４ 圧電層
５０ アクチュエータ
５１ 主活性部
５３ 対向活性部
１００ 制御部
１０１ 印刷制御部
１１０ カウンタ部
１５５ 吐出電圧パルス列信号
１５７、１５８ 積層駆動電圧信号
１６０、１６１ 導電性接着剤

Claims (12)

1. インクを吐出するノズルと前記ノズルに連通した圧力室とを有する流路ユニット、及び、前記圧力室に対向する第１の圧電層と、前記第１の圧電層において前記圧力室に対向する領域を前記第１の圧電層の厚さ方向に挟む第１及び第２の電極と、前記第１の圧電層と前記圧力室との間に位置し且つ前記第１及び第２の電極によって挟まれた領域に対向するように前記第１の圧電層に積層された第２の圧電層と、前記第２の圧電層において前記第１及び第２の電極によって挟まれた領域に対向する領域を前記第２の圧電層の厚さ方向に前記第２の電極と共に挟む第３の電極とを有する圧電アクチュエータを含むインクジェットヘッドと、
   前記第１、第２及び第３の電極に信号を供給するアクチュエータ制御手段とを備えており、
   前記圧電アクチュエータは、前記第１の圧電層において前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた主活性領域に電界が印加されているときの前記圧力室の容積を、前記主活性領域に電界が印加されていないときの前記圧力室の容積よりも小さくするものであって、
   前記アクチュエータ制御手段は、
   前記インクジェットヘッドにインク吐出動作を行わせる際には、第１の電位に保持された第１の定電位信号を前記第２の電極に供給しつつ、少なくとも１回前記第１の電位とは異なる第２の電位から前記第２の電位よりも前記第１の電位に近い第３の電位を経て前記第２の電位に戻るような電圧パルス列信号を前記第１の電極に供給すると共に、
   前記第２の圧電層において前記第２の電極と前記第３の電極とに挟まれた積層活性領域に電界が印加されるような互いに電位が異なる第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記第１の積層駆動信号が第４の電位に保持された第２の定電位信号であって、前記第２の積層駆動信号が前記第４の電位とは異なる第５の電位に保持された第３の定電位信号であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記第１の積層駆動信号が前記第１の定電位信号と同じ信号であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記第２の積層駆動信号が前記第２の電位に保持された信号であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われていないときにのみ、前記第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われているときには、前記第１の定電位信号を前記第３の電極に供給することを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録装置。
7. 所定条件に従ってカウント数を増加させるカウンタと、
   前記カウンタの前記カウント数が所定値に達したか否かを判断するカウント数判断手段とをさらに備え、
   前記アクチュエータ制御手段は、前記カウンタの前記カウント数が所定値に達したと前記カウント数判断手段が判断した場合に、前記第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記アクチュエータ制御手段は、前記インクジェット記録装置の駆動中は常に、前記第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
9. 前記インクジェットヘッドが、前記圧力室内のインクの電位と前記第３の電極の電位とを等しくする第１の導電手段をさらに有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
10. 前記圧力室が前記流路ユニットに含まれる金属プレートに形成されており、
    前記第１の導電手段が前記金属プレート及び前記第３の電極と接触している導電体であることを特徴とする請求項９に記載のインクジェット記録装置。
11. 前記インクジェットヘッドが、前記第３の電極と前記圧力室との間に前記第３の電極から離隔して配置され前記圧力室に跨るように延在した第４の電極と、前記圧力室内のインクの電位と前記第４の電極の電位とを等しくする第２の導電手段とをさらに有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
12. インクを吐出するノズル及び前記ノズルに連通した圧力室を有する流路ユニットを作製する工程と、
    第１の圧電層、前記第１の圧電層に積層された第２の圧電層、前記第１の圧電層上に配置された第１の電極、前記第１の圧電層を前記第１の電極と共に挟む第２の電極と、前記第２の圧電層において前記第１及び第２の電極によって挟まれた領域に対向する領域を前記第２の電極と共に挟む第３の電極とを有する圧電アクチュエータを作製する工程と、
    前記圧力室と前記第１の電極とが対向し、且つ、前記第１の圧電層において前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた主活性領域に電界が印加されているときの前記圧力室の容積が、前記主活性領域に電界が印加されていないときの前記圧力室の容積よりも小さくなるように、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとを接合する工程と、
    互いに電位が異なる第１及び第２の積層駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することによって、前記第２の圧電層において前記第２の電極と前記第３の電極とに挟まれた積層活性領域に電界を印加する工程とを備えていることを特徴とするインクジェット記録装置の製造方法。

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